循环甲醇水含量高水分离塔改造(精)

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1、低温甲醇洗装置甲醇/水分离塔改造陈忠华（镇海炼油化工股份有限公司化工部, 浙江宁波,315207摘要 通过计算认为甲醇/水分离塔塔板从泡罩改名为高效复合塔板后, 能 够使贫甲醇中水含量降到 015%以下, 整个装置的运行工艺得到改善, 起到较好的节 能效果。关键词 甲醇 塔板 改造 水含量收稿日期:2003-03-04。作者简介:陈忠华, 男,1968 年出生, 工程师,1991 年毕业于浙江工业大学化学工 程系, 现在镇海炼化公司化工部工艺组从事技术管理工作。联系电话:0574- 86445334。1 甲醇洗装置现状镇海炼化公司化工部甲醇洗装置主要承担着对合成氨工艺气的脱硫脱碳任务。经过十多

2、年的运行、摸索和改造, 现能承受 110%以上的负荷, 。器的堵塞, 这些问题的解决主。国内从林德引进的几套低温甲 醇洗装置虽然都设置了甲醇/水分离塔, 但运行情况都不理想, 循环甲醇中水含量普 遍高于设计值。甲醇/水分离塔高 2115m , 塔径 018m , 共 48 块塔板, 塔板改造前均为林德泡罩 型式。按林德公司计算, 经该塔脱水后低温甲醇洗装置贫甲醇中水含量设计值为 015%, 如果水含量过高, 会造成设备腐蚀率增加, 产生的腐蚀产物堵塞绕管式换热器 壳侧通道; 影响低温甲醇对 C O 2、H 2S 的吸收, 洗涤甲醇量增加, 动力消耗增加。 甲醇洗装置试车至脱水塔改造前, 贫甲醇

3、中水含量一直大大高于设计值, 最高的时候 达 3%左右, 正常的时候也平衡在 115%左右。给生产带来了很大的危害 :1990 年至1997年, 低温甲醇洗装置由于管线内外腐蚀发生泄漏 10多次, 其中 5次被迫停工抢 修; 绕管式换热器壳侧每年均有结垢现象, 多次实施化学清洗, 其中 2台换热器清洗 后内漏, 被迫更换。因此必须通过改造来降低系统水含量。2 改造方向的确定造成系统甲醇中水含量高的因素有:进洗涤塔的气液分离罐分离效果不好; 进低 温甲醇洗装置变换气的温度过高,;甲醇/水分、，32C左右,出冏J电和爪吨瓚刖；而进洗涤塔的气,经测定分离效率达到90%,虽然低于设计值,但基本能满足分

4、 离要求,而且该分离罐为高压低温设备,更换投资要100多万元,投入产出比明显不 合理。因此决定对甲醇/水分离塔进行改造。改造一般有2种方案:增大塔径，提高该塔的处理能力，效果较好,但投资较高;塔体不动,将林德泡罩塔板改成其它效率更高的塔板，如M D塔板、高效复合塔 板等, 这样投资要少的多。经校算, 选择了浙江工业大学开发的高效复合塔板替代林德泡罩塔板。3 改造 内容311 高效复合塔板的结构及特点高效复合塔由若干块复合塔板组成, 每块复合塔板是在穿流筛板下加一层规整 填料复合而成。由于没有降液管, 故气液为逆流操作。图 1为高效复合塔操作示意 图1。气相自下而上流动, 液相自上而下流动, 相

5、互逆流。对于每一层板, 气液接触有 3个区域:在多孔穿流筛板上为泡沫区; 在规整填料内,液相以液膜状沿着填料流下, 为液膜区; 在填料层下面, 液大氮肥第 26 卷 第 4 期滴均匀下降与上升的气相接触, 为淋降区。因而在高效复合塔中的气液接触与常见的有降液管塔板不同, 具有以下特点:充分 利用塔内空间, 使之对气液两相都有传质作用; 多孔穿筛板对下面的填料层起到 液体均匀分布的作用, 填料则起到使气体均匀分布的作用, 这使穿流筛板和填料都处 于良好的气液接触状态; 填料的存在基本上消除了塔板间的雾沫夹带; 高效复 合塔不设降液管, 空塔截面比常用的板式塔要大 15%左右, 穿流筛板开孔率也远

6、大 于常用塔板, 流动阻力较小, 通量可大大提高图 1 复合塔操作状态示意图据以上特点可看出, 复合塔传质效率较高312 塔板改造后装置水平衡推算图 2 为低温甲醇洗装置水平衡图J液相淋降区泡沫区液膜区图 2 低温甲醇洗装置水平衡图由图2可以看出, 当系统水分达到平衡时, 水量的平衡关系应该是:十二。点的水含量就是系统甲醇中的水含量。要 推算出该点的水含量，必须求出点和点的水含量和水量。点:取变换气温度 32C（正常操作温度,进甲醇洗系统的气液分离罐分离效率经测定90%,则点的摩尔百分组成由ECSS Ver 310分离过程模拟包计算结果:H 26119520%,C O23717972%, H2

7、S012398%, H 2O 010026%,总流量 714811km ol/h。点:用ECSS Ver 310分离过程模拟包对甲醇冰分离塔计算,可得塔顶组成的 计算结果见表1。表1 甲醇/水分离塔塔顶的组成组分摩尔质量 km ol h -1 摩尔分率质量流量 kg h -1 质量分率CH 3OH89114470199603028561375001997764H 2O0135530100397061400601002236总计8915000110000286217750110000经塔顶冷凝器冷却分离后L作为回流,D则作为产品回到系统，取回流比R=018, 则:R =L/D =(2862177

8、50-D /DD =159014306kg/h则点的质量流量为15901kg/h ,质量分率与塔顶相同，为012236%点:ESCC , 这样就可 X :(11x01000026 x18102+159014306x01002236=23681825XX =01002915由于点的进料甲醇就是从再生甲醇液中抽出, 因此, 可以看出当装置贫甲醇中水含量达到 012915%时, 整个系统水量达到 平衡。消除计算、操作及其他因素引起的误差, 取误差因子为 0185, 则最后平衡时 水含量达到:X =01002915/0185=01003429从计算过程不难看出, 甲醇/水分离塔塔板从泡罩改为复合后,

9、能够使系统甲醇 中水含量下降到 015%以下, 最根本的原因是从再生甲醇抽出去甲醇/水分离塔的处 理量增加(即点，改造前该点量为960kg/h ,改造后达到23681825kg/h。313改 造增加热负荷计算1 塔底再沸器塔底再沸器原来的换热面积为 20m 2， 总传热量为 793673x4118k J/h 。塔改造 后由于其处理量的增加,所要求的热负荷也相应增加，根据ECSS Ver 310分离过程 模拟包计算， 改造后再沸器热负荷将达到 1151400x4118k J/h ， 原来的再沸器不能满 足要求， 需更换。Q l=793573x4118k J/h , A l=20m 2, Q 2=

10、1151400x4118k J/h ,求 A 2, C pl=C p2,At 1=At 2,根据Q =C pAAt ,则：Q 1/Q 2=(C p1A 1At 1 /(C p2 A 2At 2 =A 1/A 2,计算得:A 2=29101m 2632 大 氮 肥 2003 年 第 26 卷其中:Q 1改造前再沸器热负荷；Q 2改造后再沸器热负荷;C p1改造前塔底介质热容;C p2改造后塔底介质热容；At 1改造前塔底介质进出再沸器温差; At 2改造后塔底介质进出再沸器温差；A 1改造前再沸器换热面积,m 2; A 2改造后再沸器换热面积,m 2。则新的再沸器计算面积为29101m 2,取3

11、5m 2,根据化工工艺设计手册2选型，新的再沸器:设备型号G CH8001635,标准图号JB114671117,富裕系数11206,蒸汽用量2387kg/h4B38厲甲醇水分分离罐分流去甲醇再生塔一2 塔顶冷凝器图 3 上塔冷凝器的改造方案由于甲醇/水处理塔负荷增加,塔顶产品量也明显增加, 原来的 2台冷凝器 已不能保证上塔产品达到设计温度。原设计上塔 2台冷凝器的热负荷为 323473x4118k J/h ,改造后需要的热负荷为1088200x4118k J/h ,远远不能满足要 求。为解决这个问题,对上塔冷凝器的改造设计了 2种方案:更换上塔2台换热器, 增大换热面积。上述2台换热器不动

12、，将出上塔甲醇汽在进冷凝器前进行分流, 去再生塔中部, 这样即可减轻冷凝器负荷, 又可作为再生塔热源, 节约低压蒸汽。采用第2种方案简单实用, 可节约10万元设备投资, 实施过程中效果不错。改 造如图 3。314 改造实施1997年6月, 对甲醇/水分离塔进行了改造:48块林德泡罩塔板改成了高效复合 塔板; 塔底再沸器面积从20m 2增大至35m 2;塔顶冷凝器没有更换，按第2种方案进行了改造; 围绕该塔的泵、仪表也相应的进行了改造。4 改造效果411 改造后该塔的运行情况1997年7月，经调试，。运行正2。/项目甲醇进料量/kgh -1回流量kgh -1塔压差kPa上塔产品甲醇中水含量， %

13、下塔废水中甲醇含量， %改造前 01960190161601450101 改造后215621242218从表2可以看出, 甲醇/水分离塔改造塔板后处理能力增加了近 3倍, 但整 塔压降增加不大;甲醇与水的分离效果也是比较好的,上塔产品甲醇中水含量比改造前低, 下塔废水 中的甲醇含量达到 0101%,与改造前持平, 符合排放标准。412 低温甲醇洗贫甲醇 中水含量降低由于甲醇/水分离塔处理能力的增加,而且运行情况稳定, 使低温甲醇 洗装置的循环贫甲醇中水含量大大降低,见表 3。表 3 循环贫甲醇中水含量时间1月 2月 3月 4月 5月 6月7月 8月 9月 10月 11月 12月平均1994年

14、11891132114011451172210621331172114711221127112211591995年 11221137116711812195115611772100115411311138115211681996年 11731162117211751174119521102107119211991187117611851997年 11711167118211993110改造21311177112811451103018711731998年01590151016401620157017001620158016501650164112401671999年 0185018301951

15、1141101111801640189016601570141013001792000年 0128013601370137013401370140013801360139 停工停工01362001年停工017801240125012501340134012801330125013901360135从表3可以看出, 塔板改造后对甲醇洗装置循环贫甲醇中的水含量的影响是决定性的,尤其是 1999年下半年开始, 将甲醇/ 水分离塔的负荷进一步提高,工况再次优化后, 贫甲醇中水含量降到了015%以下, 与计算的结果基本相符。413 整个装置的运行情况得到完善1 运行设备腐蚀情况得到控制。从 1993 年至 1997 年 , 共发生 5 次由于设备腐 蚀泄漏而导致32第4期陈忠华 1低温甲醇洗装置甲醇/水分离塔改造停车的事故, 平均每年 1次, 而 1998年至今此类事故没有再发生过; 由于腐蚀得到控制, 循环甲醇中悬浮物大大减少, 装置内绕 管式换热器的使用周期延长,化学清洗频率降低, 例如富甲醇